JP6074747B2 - 共鳴結合器 - Google Patents

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Description

本発明は、非接触信号伝送、または非接触電力伝送に用いられる共鳴結合器に関するものである。
電気機器を配線により直接接続することなく、電気機器間で電力や信号の伝送を行う非接触（ワイヤレス）伝送技術が知られている。
高周波用半導体チップと外部との信号の送受信において、ワイヤボンディングを用いて伝送線路を構成した場合、高周波信号の特性に影響を与える不確定な寄生容量又は寄生インダクタンスが発生する。このため、高周波信号の特性を悪化させない非接触伝送技術が用いられる。
非接触伝送技術を用いた非接触伝送装置の一例として、デジタルアイソレータと呼ばれる電子回路素子が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の技術は、ロジック信号のグラウンドとＲＦ信号のグラウンドとを分離できる技術であることから、様々な用途で用いられている。
このような非接触伝送装置は、例えば、パワーエレクトロニクス用の半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのゲート駆動素子として用いられる。より具体的には、このような非接触伝送装置は、直流電源から任意の周波数の交流電源を実現するインバータシステムやマトリックスコンバータシステムに用いられる。
このようなパワー半導体スイッチング素子では、ソース電位が高い電圧を基準に変動することから、ゲート駆動素子内と、パワー半導体スイッチング素子との間で直流成分を絶縁する必要がある。このため、このようなパワー半導体スイッチング素子では、グラウンドを分離することが可能な非接触伝送装置がゲートの駆動に用いられる。
また、非接触伝送技術の一例として、２つの電気配線共振器の結合を利用した電磁共鳴結合器（または電磁界共振結合器とも呼ぶ。）が近年非常に注目を浴びている（例えば、特許文献２、及び非特許文献１参照。）。このような電磁共鳴結合器は、高効率で、かつ、長距離の信号伝送が可能であることが特徴である。
米国特許第７６９２４４４号明細書 特開２００８−０６７０１２号公報
Ａｎｄｒｅ Ｋｕｒｓ，ｅｔ ａｌ．："Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ｖｉａ Ｓｔｒｏｎｇｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅｓ"， Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｘｐｒｅｓｓ， Ｖｏｌ．３１７， Ｎｏ．５８３４， ｐｐ．８３−８６ （２００７）
上記ゲート駆動素子として電磁共鳴結合器を用いる場合、電磁共鳴結合器を多数備える非接触伝送装置が必要である。しかしながら、電磁共鳴結合器は、半導体集積回路のトランジスタ等に比べれば非常に大きいため、非接触伝送装置の小型化、高集積化が課題である。
そこで本発明は、上記の課題を解決するもので、非接触伝送装置の小型化、高集積化を実現する電磁共鳴結合器を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る共鳴結合器は、第一の伝送線路と第二の伝送線路との間において高周波信号を非接触で伝送する共鳴結合器であって、配線の一部が開放部によって開放された周回形状の配線である第一の共鳴配線と、前記第一の共鳴配線に接続された第一の入出力配線及び第二の入出力配線とを第一の平面上に備える前記第一の伝送線路と、前記第一の共鳴配線と同一の配線幅及び同一の形状の配線である第二の共鳴配線と、前記第二の共鳴配線に接続された第三の入出力配線及び第四の入出力配線とを前記第一の平面に対向する第二の平面上に備える前記第二の伝送線路とを備え、前記第一の共鳴配線上の、前記第一の入出力配線が接続された接続箇所と前記第二の入出力配線が接続された接続箇所との間に設けられた第一の接地部は、前記第一の伝送線路内での前記高周波信号の基準電位を表す第一のグラウンド配線に接続され、前記第二の共鳴配線上の、前記第三の入出力配線が接続された接続箇所と前記第四の入出力配線が接続された接続箇所との間に設けられた第二の接地部は、前記第二の伝送線路内での前記高周波信号の基準電位を表す第二のグラウンド配線に接続され、前記第一の伝送線路と前記第二の伝送線路とは、前記第一の平面に垂直な方向から見た場合に、前記第一の共鳴配線の輪郭と前記第二の共鳴配線の輪郭とが一致し、なおかつ前記第一の共鳴配線と前記第二の共鳴配線とが点対称の関係となるように対向して設けられることを特徴とする。
本発明の共鳴結合器によれば、共鳴結合器を複数用いた非接触伝送装置を小型化、高集積化することができる。
図１は、特許文献２に係る電磁共鳴結合器の模式図である。 図２は、特許文献２に係る電磁共鳴結合器の伝送特性を表す図である。 図３は、実施の形態１に係る共鳴結合器の斜視図（透視図）である。 図４は、実施の形態１に係る共鳴結合器の断面図である。 図５は、実施の形態１に係る共鳴結合器の送信基板の上面図である。 図６は、実施の形態１に係る共鳴結合器の受信基板の上面図である。 図７は、実施の形態１に係る共鳴結合器の各入出力端子の伝送特性を表す図である。 図８は、実施の形態１に係る共鳴結合器の各入出力端子の分離特性を表す図である。 図９は、グラウンド分離領域を設けた送信基板の上面図である。 図１０は、実施の形態２に係る共鳴結合器の斜視図（透視図）である。 図１１は、実施の形態２に係る共鳴結合器の送信基板の上面図である。 図１２は、実施の形態３に係る共鳴結合器の送信基板の上面図である。 図１３は、実施の形態４に係る共鳴結合器の模式図（透視図）である。 図１４は、実施の形態４に係る共鳴結合器の送信基板の上面図である。 図１５は、実施の形態４に係る共鳴結合器の受信基板の上面図である。 図１６は、共鳴配線をビアによりグラウンドと接続した送信基板の上面図である。
（発明の基礎となった知見）
背景技術で説明したように、非接触伝送技術の一例として、２つの電気配線共振器の結合を利用した電磁共鳴結合器が知られている。
このような電磁共鳴結合器のうち、図１に示されるようなオープンリング型の電磁共鳴結合器は、単純な構造であるが、小型化が容易であり省スペースで非接触伝送を実現できる。
また、このようなオープンリング型電磁共鳴結合器は、良好な伝送特性を有することが知られている。
図２は、特許文献２に開示されているオープンリング型電磁共鳴結合器の伝送特性を表す図である。
図２において、Ｓ２１はオープンリング型電磁共鳴結合器の挿入損失を示し、周波数が１５ＧＨｚ付近の電気信号を約１ｄＢの挿入損失で効率的に伝送できることを表している。
図１に示されるようなオープンリング型電磁共鳴結合器の伝送可能な信号の周波数（動作周波数）は、正確には、電磁共鳴結合器のリング形共鳴配線のインダクタンスとキャパシタンスで決定される。しかしながら、動作周波数は、リング形配線の実効面積及びリング配線が形成される基板の誘電率とで近似的に求めることができる。
Figure 0006074747
（式１）で、ｃは光速、εｒは基板（誘電体）の比誘電率を指す。またａは、リング形配線の実効面積であり、リングの直径程度である。
例えば、オープンリング型電磁共鳴結合器において１５ＧＨｚ付近の周波数を伝送する場合、リング形配線の直径が１ｍｍ程度の大きさとなる。また、式（１）より、このオープンリング型電磁共鳴結合器の直径を２倍にすると動作周波数は１／２の７．５ＧＨｚ帯となる。
つまり、オープンリング型電磁共鳴結合器の大きさは、半導体集積回路のトランジスタ等に比べれば非常に大きい。
ここで、背景技術において説明したインバータシステム等のゲート駆動素子として電磁共鳴結合器を用いる場合、電磁共鳴結合器を多数備える非接触伝送装置が必要であるため、非接触伝送装置の小型化、高集積化が課題である。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る共鳴結合器は、第一の伝送線路と第二の伝送線路との間において高周波信号を非接触で伝送する共鳴結合器であって、配線の一部が開放部によって開放された周回形状の配線である第一の共鳴配線と、前記第一の共鳴配線に接続された第一の入出力配線及び第二の入出力配線とを第一の平面上に備える前記第一の伝送線路と、前記第一の共鳴配線と同一の配線幅及び同一の形状の配線である第二の共鳴配線と、前記第二の共鳴配線に接続された第三の入出力配線及び第四の入出力配線とを前記第一の平面に対向する第二の平面上に備える前記第二の伝送線路とを備え、前記第一の共鳴配線上の、前記第一の入出力配線が接続された接続箇所と前記第二の入出力配線が接続された接続箇所との間に設けられた第一の接地部は、前記第一の伝送線路内での前記高周波信号の基準電位を表す第一のグラウンド配線に接続され、前記第二の共鳴配線上の、前記第三の入出力配線が接続された接続箇所と前記第四の入出力配線が接続された接続箇所との間に設けられた第二の接地部は、前記第二の伝送線路内での前記高周波信号の基準電位を表す第二のグラウンド配線に接続され、前記第一の伝送線路と前記第二の伝送線路とは、前記第一の平面に垂直な方向から見た場合に、前記第一の共鳴配線の輪郭と前記第二の共鳴配線の輪郭とが一致し、なおかつ前記第一の共鳴配線と前記第二の共鳴配線とが点対称の関係となるように対向して設けられることを特徴とする。
これにより、１つの共鳴結合器で２つの高周波信号を分離して非接触伝送することができる。したがって、共鳴結合器を複数用いた非接触伝送装置において、共鳴結合器の数は半減し、装置の小型化、高集積化が実現される。
また、本発明の一態様において、前記第一の伝送線路は、第一の基板の一方の面に設けられ、前記第二の伝送線路は、第二の基板の一方の面に設けられてもよい。
また、本発明の一態様において、前記第一のグラウンド配線は、前記第一の基板の他方の面、または前記第一の基板に対向して設けられる基板に設けられ、前記第一の接地部は、第一のビアホールによって前記第一のグラウンド配線と接続され、前記第二のグラウンド配線は、前記第二の基板の他方の面、または前記第二の基板に対向して設けられる基板に設けられ、前記第二の接地部は、第二のビアホールによって前記第二のグラウンド配線と接続されてもよい。
また、本発明の一態様において、前記第一の接地部は、配線を介して前記第一のビアホールと接続され、前記第二の接地部は、配線を介して前記第二のビアホールと接続されてもよい。
これにより、共鳴結合器によって伝送される２つの高周波信号の干渉を抑え、アイソレーションを確保することができる。
また、本発明の一態様において、前記第一のビアホールは、前記第一の共鳴配線の前記周回形状の内側に設けられ、前記第二のビアホールは、前記第二の共鳴配線の前記周回形状の内側に設けられてもよい。
これにより、ビアホールが周回形状の共鳴配線の内側に設けられるため、基板内でのビア及び配線の面積を小さくすることができる。したがって、共鳴結合器の小型化が可能である。
また、本発明の一態様において、前記第一のグラウンド配線は、前記第一の基板の一方の面であって、前記第一の共鳴配線、前記第一の入出力配線、及び前記第二の入出力配線の周辺に設けられ、前記第二のグラウンド配線は、前記第二の基板の一方の面であって、前記第二の共鳴配線、前記第三の入出力配線、及び前記第四の入出力配線の周辺に設けられてもよい。
これにより、ビアホールが不要となるため、共鳴結合器の基板厚み方向の小型化が実現される。
また、共鳴結合器の伝送線路は、コプレーナ配線構造となり、共鳴結合器の周辺にグラウンドがあるため、電磁共鳴結合器の伝送効率を向上し、不要放射ノイズを抑圧する効果がある。
また、本発明の一態様において、前記第一の入出力配線は、前記第一の共鳴配線の一端から前記第一の共鳴配線の配線長の８分の３の長さに相当する位置に接続され、前記第二の入出力配線は、前記第一の共鳴配線の一端から前記第一の共鳴配線の配線長の８分の５の長さに相当する位置に接続され、前記第三の入出力配線は、前記第二の共鳴配線の一端から前記第二の共鳴配線の配線長の８分の３の長さに相当する位置に接続され、前記第四の入出力配線は、前記第二の共鳴配線の一端から前記第二の共鳴配線の配線長の８分の５の長さに相当する位置に接続されてもよいし、本発明の一態様において、前記第一の接地部は、前記第一の共鳴配線の一端から前記第一の共鳴配線の配線長の２分の１の長さに相当する位置に設けられ、前記第二の接地部は、前記第二の共鳴配線の一端から前記第二の共鳴配線の配線長の２分の１の長さに相当する位置に設けられてもよいし、本発明の一態様において、前記第一の伝送線路と前記第二の伝送線路とは、前記第一の共鳴配線と前記第二の共鳴配線との前記第一の平面に垂直な方向における距離が前記高周波信号の波長の２分の１以下になるように対向して設けられてもよい。
これにより、電界放射などの損失を低減し、高い伝送効率で信号を伝送することができる。
また、本発明の一態様において、前記周回形状の輪郭は、円形状であってもよい。
また、本発明の一態様において、前記周回形状の輪郭は、矩形であってもよい。
また、本発明の一態様において、前記周回形状は、少なくとも５箇所以上の曲がり部を有する形状であってもよい。
このように、曲げ部分を複数設けることによって共鳴結合器中における共鳴配線の占める面積を小さくできるため、共鳴結合器をさらに小型化することが可能である。したがって、非常に小型の非接触伝送装置を実現できる。
本発明の一態様において、第一の伝送線路と第二の伝送線路との間において高周波信号を非接触で伝送する共鳴結合器であって、配線の一部が開放部によって開放された周回形状の配線である第一の共鳴配線と、前記第一の共鳴配線に接続されたｎ（ｎは３以上の整数）本の配線群である第一の入出力配線群を第一の平面上に備える前記第一の伝送線路と、前記第一の共鳴配線と同一の配線幅及び同一の形状の配線である第二の共鳴配線と、前記第二の共鳴配線に接続されたｎ本の配線群である第二の入出力配線群を前記第一の平面に対向する第二の平面上に備える前記第二の伝送線路とを備え、前記第一の共鳴配線上の、前記第一の入出力配線群が接続された接続箇所と前記接続箇所と隣り合う前記第一の入出力配線群が接続された接続箇所との間に設けられたｎ−１箇所の接地部は、前記第一の伝送線路内での前記高周波信号の基準電位を表す第一のグラウンド配線に接続され、前記第二の共鳴配線上の、前記第二の入出力配線群が接続された接続箇所と前記接続箇所と隣り合う前記第二の入出力配線群が接続された接続箇所との間に設けられたｎ−１箇所の接地部は、前記第二の伝送線路内での前記高周波信号の基準電位を表す第二のグラウンド配線に接続され、前記第一の伝送線路と前記第二の伝送線路とは、前記第一の平面に垂直な方向から見た場合に、前記第一の共鳴配線の輪郭と前記第二の共鳴配線の輪郭とが一致し、なおかつ前記第一の共鳴配線と前記第二の共鳴配線とが点対称の関係となるように対向して設けられてもよい。
これにより、一つの共鳴結合器で複数の高周波信号を分離して非接触伝送することができる。したがって、共鳴結合器を複数用いた非接触伝送装置において、共鳴結合器の数は激減し、大幅に装置を小型化、高集積化することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。
（構造）
まず、本発明の実施の形態１に係る共鳴結合器の構造について説明する。
図３は、実施の形態１に係る共鳴結合器の斜視図である。
図４は、図３の共鳴結合器を基板の対角線を通る平面（図のＸ−Ｘ´線を通り基板に垂直な平面）で切断した場合の断面図である。
本発明の実施の形態１に係る共鳴結合器１０は、１８ＧＨｚの交流信号を伝送する共鳴結合器である。また、共鳴結合器１０は、一組の共鳴配線で二つの信号を伝送することが可能である。
共鳴結合器１０は、送信基板（第一の基板）１０１と、送信基板１０１の上部に設けられた受信基板（第二の基板）１０２と、受信基板１０２の上部に設けられたカバー基板１０３とで構成される。送信基板１０１、受信基板１０２、及びカバー基板１０３は、誘電体基板であり、例えば、サファイア基板である。また、基板厚は、すべて０．２ｍｍである。なお、各基板の間には、空気などの気体、液体、または他の誘電体材料があってもよい。
送信基板１０１の上面（第一の平面）には、金属配線である第一の送信配線（第一の入出力配線）１１１、第二の送信配線（第二の入出力配線）１１２、送信側スリット１１５により開放された円形状（周回形状）の送信側共鳴配線（第一の共鳴配線）１１３が形成される。また、第一の送信配線１１１、第二の送信配線１１２、及び送信側共鳴配線１１３の周りには、金属導体である送信側コプレーナグラウンド１１４が形成される。
受信基板１０２は、送信基板１０１の送信側共鳴配線１１３を覆うように送信基板１０１と重ね合わされる。受信基板１０２上面（第二の平面）には、金属配線である第一の受信配線（第三の入出力配線）１２１、第二の受信配線（第四の入出力配線）１２２、受信側スリット１２５により開放された円形状（周回形状）の受信側共鳴配線（第二の共鳴配線）１２３、が形成される。また、第一の受信配線１２１、第二の受信配線１２２、及び受信側共鳴配線１２３の周りには、金属導体である受信側コプレーナグラウンド１２４が形成される。
カバー基板１０３は、受信基板１０２の受信側共鳴配線１２３を覆うように送信基板１０１と重ね合わされる。また、カバー基板１０３の上面には、金属導体であるカバーグラウンド１０５が設置される。
上記金属配線及び上記金属導体の材料は、例えば、金であるが、その他の金属材料であっても良い。また、送信基板１０１の裏面には、金属導体である裏面グラウンド１０４が形成されている。
送信基板１０１の上面に形成された送信側共鳴配線１１３上の、送信側共鳴配線１１３と第一の送信配線１１１との接続箇所と、送信側共鳴配線１１３と第二の送信配線１１２との接続箇所との間には、接地部（第一の接地部）が設けられる。接地部は、送信基板１０１を貫通する送信側分離ビア１１６により裏面グラウンド１０４と接続される。送信側分離ビア１１６は、金属導体で形成され、例えば、金で形成される。
同様に、受信基板１０２の上面に形成された受信側共鳴配線１２３上の、受信側共鳴配線１２３と第一の受信配線１２１との接続箇所と、受信側共鳴配線１２３と第二の受信配線１２２との接続箇所との間には、接地部（第二の接地部）が設けられる。接地部は、カバー基板１０３を貫通する受信側分離ビア１２６によりカバーグラウンド１０５と接続される。受信側分離ビア１２６は、金属導体で形成され、例えば、金で形成される。
なお、図４に示されるように、裏面グラウンド１０４と送信側コプレーナグラウンド１１４とは、送信基板１０１を貫通するグラウンドビア１０６によって接続される。裏面グラウンド１０４及び送信側コプレーナグラウンド１１４は、送信基板１０１内での信号の基準電位を表す送信グラウンド（第一のグラウンド配線）である。グラウンドビア１０６は、金属導体で形成され、例えば、金で形成される。
同様に、図４に示されるように、カバーグラウンド１０５と受信側コプレーナグラウンド１２４とは、カバー基板１０３を貫通するグラウンドビア１０７によって接続される。カバーグラウンド１０５及び受信側コプレーナグラウンド１２４は、受信基板１０２内での信号の基準電位を表す受信グラウンド（第二のグラウンド配線）である。グラウンドビア１０７は、金属導体で形成され、例えば、金で形成される。
次に、送信基板１０１及び受信基板１０２についてさらに詳細に説明する。
まず、送信基板１０１について説明する。
図５は、送信基板１０１の上面図である。
送信側共鳴配線１１３は、直径１ｍｍの円形状であり、閉曲線の配線の一部が送信側スリット１１５によって開放された周回形状である。送信側共鳴配線１１３の配線幅は、０．１ｍｍである。
送信側共鳴配線１１３と、第一の送信配線１１１及び第二の送信配線１１２とは、物理的及び電気的に接続されている。具体的には、第一の送信配線１１１の一端は、送信側共鳴配線１１３の送信側スリット１１５部分の一端から送信側共鳴配線１１３の配線長の８分の３の長さに相当する位置に接続される。また、第二の送信配線１１２の一端は、送信側共鳴配線１１３の送信側スリット１１５部分の上記一端から送信側共鳴配線１１３の配線長の８分の５の長さに相当する位置に接続される。
第一の送信配線１１１の送信側共鳴配線１１３と接続されていない他端は入力端子Ａであって、第二の送信配線１１２の送信側共鳴配線１１３と接続されていない他端は入力端子Ｂである。第一の送信配線１１１及び第二の送信配線１１２の配線幅は０．１ｍｍである。
送信側共鳴配線１１３は、送信側分離ビア１１６によって、裏面グラウンド１０４と接続される。
具体的には、送信側共鳴配線１１３の一端から送信側共鳴配線１１３の配線長の２分の１の長さに相当する位置（接地部）には、送信側分離ビア１１６の一端が接続される。また、送信側分離ビア１１６は、周回形状の送信側共鳴配線１１３の内側に設けられる。
つまり、送信側分離ビア１１６は、送信側共鳴配線１１３上の、第一の送信配線１１１が接続された接続箇所と第二の送信配線１１２が接続された接続箇所の間に接続される。
また、送信側分離ビア１１６の他端は、裏面グラウンド１０４に接続されている。送信側分離ビア１１６の直径は、０．１ｍｍである。
送信側コプレーナグラウンド１１４は、第一の送信配線１１１、第二の送信配線１１２、及び送信側共鳴配線１１３の周辺に沿って、形成される。
また、図中の点線で示されるように、送信基板１０１の上面には受信基板１０２が重ね合わされる。受信基板１０２は、入力端子Ａ及びＢが完全に覆われないように配置される。
次に受信基板１０２について説明する。
図６は、受信基板１０２の上面図である。
受信側共鳴配線１２３は、直径１ｍｍの円形状であり、閉曲線の配線の一部が受信側スリット１２５によって開放された周回形状である。受信側共鳴配線１２３の配線幅は、０．１ｍｍである。
受信側共鳴配線１２３と、第一の受信配線１２１及び第二の受信配線１２２とは、物理的及び電気的に接続されている。具体的には、第一の受信配線１２１は、受信側共鳴配線１２３の受信側スリット１２５部分の一端から受信側共鳴配線１２３の配線長の８分の３の長さに相当する位置に接続される。また、第二の受信配線１２２は、受信側共鳴配線１２３の受信側スリット１２５部分の上記一端から受信側共鳴配線１２３の配線長の８分の５の長さに相当する位置に接続される。
第一の受信配線１２１の受信側共鳴配線１２３と接続されていない終端は出力端子Ｃであって、第二の受信配線１２２の受信側共鳴配線１２３と接続されていない終端は出力端子Ｄである。第一の受信配線１２１及び第二の受信配線１２２の配線幅は０．１ｍｍである。
受信側共鳴配線１２３は、受信側分離ビア１２６によって、カバーグラウンド１０５と接続される。
具体的には、受信側共鳴配線１２３の一端から受信側共鳴配線１２３の配線長の２分の１の長さに相当する位置（接地部）には、受信側分離ビア１２６の一端が接続される。また、受信側分離ビア１２６は、周回形状の受信側共鳴配線１２３の内側に設けられる。
つまり、受信側分離ビア１２６は、受信側共鳴配線１２３上の、第一の受信配線１２１が接続された接続箇所と第二の受信配線１２２が接続された接続箇所の間に接続される。
また、受信側分離ビア１２６の他端は、カバーグラウンド１０５と接続される。受信側分離ビア１２６の直径は、０．１ｍｍである。
受信側コプレーナグラウンド１２４は、第一の受信配線１２１、第二の受信配線１２２、及び受信側共鳴配線１２３の周辺に沿って、形成されている。
また、図中の点線で示されるように、受信基板１０２の上面にはカバー基板１０３が重ね合わされる。カバー基板１０３は、出力端子Ｃ及びＤが完全に覆われないように配置される。
図５及び図６に示されるように、送信基板１０１と受信基板１０２とは、送信基板１０１の主面に垂直な方向から見た場合（以下、上面視した場合とも記載する）に送信側共鳴配線１１３の輪郭と受信側共鳴配線１２３の輪郭とが一致するように重ね合わされる（対向して設けられる）。なおかつ、送信基板１０１と受信基板１０２とは、上面視した場合に送信側共鳴配線１１３と受信側共鳴配線１２３とが点対称の関係となるように重ね合わされる。
ここで、送信側共鳴配線１１３（受信側共鳴配線１２３）の輪郭とは、次のように定義される。送信側共鳴配線１１３において送信側スリット１１５が設けられず、送信側共鳴配線１１３が周回形状の閉じた配線であると仮定した場合に、この周回形状の閉じた配線は、当該周回形状の閉じた配線によって囲まれる領域を規定する内周側（内側）の輪郭と、上記内周側の輪郭と共に上記周回形状の閉じた配線の形状を規定する外周側（外側）の輪郭とを有する。送信側共鳴配線１１３の輪郭とは、これら２つの輪郭のうち送信側共鳴配線１１３の外周側の輪郭を意味する。言い換えれば、上記内周側の輪郭と、上記外周側の輪郭とは、送信側共鳴配線１１３を規定し、外周側の輪郭は、送信側共鳴配線１１３の占有面積を規定する。
また、送信側共鳴配線１１３と受信側共鳴配線１２３との送信基板１０１の主面に垂直な方向における距離は、受信基板１０２の基板厚である０．２ｍｍである。これは、実施の形態１で共鳴結合器１０に入力される１８ＧＨｚの交流信号の波長の２分の１以下である。言い換えれば、送信側共鳴配線１１３と受信側共鳴配線１２３とは、近傍界領域において共鳴結合している。このとき、共鳴結合器１０は、電磁共鳴結合器として動作する。
（動作）
次に、本発明の実施の形態１に係る共鳴結合器１０の動作について説明する。
上述のように送信側共鳴配線１１３と受信側共鳴配線１２３とは電磁共鳴結合をしており、１８ＧＨｚ付近の周波数で共鳴する。よって、送信側共鳴配線１１３に１８ＧＨｚ付近の周波数の交流電流が発生すると、電磁共鳴結合により受信側共鳴配線１２３にも同じ周波数の交流電流が発生する。
つまり、電磁共鳴結合により１８ＧＨｚ付近の周波数の交流電流が送信側共鳴配線１１３から受信側共鳴配線１２３に非接触で伝送される。近傍界で結合する電磁共鳴結合は、不要な電波を放射しにくいため、このような非接触伝送においては放射ノイズが非常に小さい。
さらに、共鳴結合器１０は、２つの入力端子（入力端子Ａ及びＢ）と２つの出力端子（出力端子Ｃ及びＤ）を備え、２つの信号を同時に分離して伝送することが可能である。具体的には、送信側共鳴配線１１３及び受信側共鳴配線１２３のそれぞれの接地部を送信側分離ビア１１６及び受信側分離ビア１２６によって、送信グラウンド及び受信グラウンドに接続することで、２つの交流信号を分離して伝送することができる。
以下、送信側共鳴配線１１３を接地部で２つの領域に分割した場合、送信側共鳴配線１１３のうち第一の送信配線１１１（入力端子Ａ）が接続されている領域を配線領域Ａ、第二の送信配線１１２（入力端子Ｂ）が接続されている領域を配線領域Ｂとする。
同様に、受信側共鳴配線１２３を接地部で２つの領域に分割した場合に、受信側共鳴配線１２３のうち第一の受信配線１２１（出力端子Ｃ）が接続されている領域を配線領域Ｃ、第二の受信配線１２２（出力端子Ｄ）が接続されている領域を配線領域Ｄとする。
図３に示す共鳴結合器１０において、送信基板１０１の入力端子Ａに１８ＧＨｚの周波数の交流信号が入力された場合、入力された交流信号は、第一の送信配線１１１を介し、送信側共鳴配線１１３に伝送される。このとき、送信側共鳴配線１１３の接地部は、送信側分離ビア１１６によって送信グラウンドへ接続されているため、入力された交流信号は、入力端子Ｂへは出力されない。
送信側共鳴配線１１３と受信側共鳴配線１２３は１８ＧＨｚ付近で共鳴するよう設計されているため、送信側共鳴配線１１３に伝送された交流信号は、受信側共鳴配線１２３に伝送される。このとき、送信側共鳴配線１１３に発生した交流信号は、第一の受信配線１２１を介して出力端子Ｃに出力される。これは、出力端子Ｃ（第一の受信配線１２１）が送信側共鳴配線１１３のうち、配線領域Ａの上面に重ね合わされた配線領域Ｃに接続されているからである。また、受信側共鳴配線１２３の接地部は、受信側分離ビア１２６によって受信グラウンドへ接続されているため、入力された交流信号は、出力端子Ｄへは出力されない。
また、送信基板１０１の入力端子Ｂに入力された１８ＧＨｚの交流信号は、第二の送信配線１１２を介し、送信側共鳴配線１１３に伝送される。このとき、送信側共鳴配線１１３の接地部は、送信側分離ビア１１６によって送信グラウンドへ接続されているため、入力された交流信号は、入力端子Ａへは出力されない。
送信側共鳴配線１１３と受信側共鳴配線１２３は１８ＧＨｚ付近で共鳴するよう設計されているため、送信側共鳴配線１１３に伝送された交流信号は、受信側共鳴配線１２３に伝送される。このとき、受信側共鳴配線１２３に発生した交流信号は、第二の受信配線１２２を介して出力端子Ｄに出力される。
これは、出力端子Ｄ（第二の受信配線１２２）が送信側共鳴配線１１３のうち、配線領域Ｂの上面に重ね合わされた配線領域Ｄに接続されているからである。また、受信側共鳴配線１２３の接地部は、受信側分離ビア１２６によって受信グラウンドへ接続されているため、入力された交流信号は、出力端子Ｃへは出力されない。
以下、上記のような伝送特性を実際の測定データである図７及び図８を用いて説明する。
図７は、共鳴結合器１０の入力信号の反射量と、入出力間の挿入損失を示す図である。
まず、反射量について説明する。
図７の「Ａ」で表されるグラフ（以下、グラフＡと記述する）は、反射量を表す。反射量は、この場合、入力端子Ａに入力信号（交流信号）を入力した場合の、入力信号の電力と、入力端子Ａに反射された信号（反射信号）の電力との比をデシベル（ｄＢ）で表したものである。図７の左の縦軸は、反射量を表し、数値が大きいほど反射が大きいことを意味する。横軸は入力信号の周波数を表す。
図７に示されるように入力信号の周波数が１８ＧＨｚ付近の場合、グラフＡの反射量は、−２５ｄＢ以下であり、入力信号の反射は非常に小さい。
同様に、図７の「Ｂ」で表されるグラフ（以下、グラフＢと記述する）は、入力端子Ｂに入力信号（交流信号）を入力した場合の、入力信号の電力と、入力端子Ｂに反射される信号（反射信号）の電力との比を表す反射量である。グラフＢについても、グラフＡと同様に、入力信号の周波数が１８ＧＨｚ付近の場合、入力信号の反射は非常に小さい。
次に挿入損失について説明する。
図７の「Ａ−Ｃ間」で表されるグラフ（以下、グラフＡ−Ｃと記述する）は、入力端子Ａ−出力端子Ｃ間の挿入損失を表す。挿入損失は、この場合、入力端子Ａに入力信号を入力したときの、入力端子Ａから出力端子Ｃに伝送される信号の電力の損失をデシベル（ｄＢ）で表したものである。図７の右の縦軸は、挿入損失を表し、数値が大きいほど入力信号の損失が大きいことを意味する。横軸は入力信号の周波数を表す。
図７のグラフＡ−Ｃでは、１５ＧＨｚから２０ＧＨｚの周波数帯域で挿入損失は２ｄＢ程度であり、損失は小さい。つまり、１５ＧＨｚから２０ＧＨｚの周波数の信号は、入力端子Ａから出力端子Ｃへ効率よく伝送される。
同様に、「Ｂ−Ｄ間」で表されるグラフ（以下、グラフＢ−Ｄと記述する）は、入力端子Ｂ−出力端子Ｄ間の挿入損失を表す。この場合、挿入損失は、入力端子Ｂに入力信号を入力したときの、入力端子Ｂから出力端子Ｄに伝送される信号の電力の損失を表す。
図７のグラフＢ−Ｄでは、１５ＧＨｚから２０ＧＨｚの周波数帯域で挿入損失は２ｄＢ程度であり、損失は小さい。つまり、１５ＧＨｚから２０ＧＨｚの周波数の信号は、入力端子Ｂから出力端子Ｄへ効率よく伝送される。
続いて、信号の分離量について説明する。
図８は、共鳴結合器１０の信号の分離量を示す図である。
図８の「Ａ−Ｂ間」で表されるグラフ（以下、グラフＡ−Ｂと記述する）は、入力端子Ａ−入力端子Ｂ間の分離量を表す。この場合、分離量は、入力端子Ａに入力信号を入力したときの、入力信号の電力と、入力端子Ｂに現れる信号の電力の比をデシベル（ｄＢ）で表したものである。
図８の縦軸は、分離量を表し、数値が大きいほど信号が分離されていることを意味する。横軸は入力信号の周波数を表す。
図８のグラフＡ−Ｂでは、１８ＧＨｚ付近の周波数帯域で分離量は１０ｄＢ以上である。つまり、１８ＧＨｚ付近の周波数の入力信号が入力端子Ａに入力された場合、入力端子Ｂへの入力端子Ａに入力された入力信号の影響は小さい。
同様に、図８の「Ａ−Ｄ間」で表されるグラフ（以下、グラフＡ−Ｄと記述する）は、入力端子Ａ−出力端子Ｄ間の分離量を表す。この場合、分離量は、入力端子Ａに入力信号を入力したときの、入力信号の電力と、出力端子Ｄに現れる信号の電力の比を表したものである。
図８のグラフＡ−Ｄでは、１８ＧＨｚ付近の周波数帯域で分離量は１０ｄＢ以上である。つまり、１８ＧＨｚ付近の周波数の入力信号が入力端子Ａに入力された場合、出力端子Ｄへの入力端子Ａに入力された入力信号の影響は小さい。
同様に、図８の「Ｂ−Ｃ間」で表される入力端子Ｂ−出力端子Ｃ間の分離量、及びＣ−Ｄ間」で表される出力端子Ｃ−出力端子Ｄ間の分離量は、１８ＧＨｚ付近の周波数帯域で１０ｄＢ以上である。つまり、１８ＧＨｚ付近の周波数の入力信号が入力端子Ａに入力された場合、出力端子Ｄへの入力端子Ａに入力された入力信号の影響は小さい。
以上のように、実施の形態１に係る共鳴結合器１０においては、信号伝送に使用する周波数帯域において、対応する入出力端子間の挿入損失（入力端子Ａ−出力端子Ｃ間、及び入力端子Ｂ−出力端子Ｄ間）が小さい。
また、上記周波数帯域において、入力端子間（入力端子Ａ−入力端子Ｂ間）、出力端子間（出力端子Ｃ−出力端子Ｄ間）、及び対応しない入出力端子間（入力端子Ａ−出力端子Ｄ間、及び入力端子Ｂ−出力端子Ｃ間）において伝送される信号が、対応しない他の端子に与える影響は小さい。つまり、入力端子Ａ−出力端子Ｃ間に伝送される信号と、入力端子Ｂ−出力端子Ｄ間に伝送される信号とはそれぞれ分離して伝送される。
このように、実施の形態１に係る共鳴結合器１０を用いれば、信号間のアイソレーションが高いため、１つの共鳴結合器で２経路の非接触伝送が実現される。したがって共鳴結合器１０を用いることで、非接触伝送装置の小型化及び高集積化が可能である。また、半導体基板においては、基板の面積によってコストが変動するため、小型化によるコスト削減効果は高い。
なお、実施の形態１では、送信側分離ビア１１６は、送信側共鳴配線１１３の上記一端から送信側共鳴配線１１３の配線長の２分の１の長さに相当する位置（接地部）に接続されるが、送信側分離ビア１１６の接続位置は、これに限定されない。送信側分離ビア１１６は、送信側共鳴配線１１３上の、第一の送信配線１１１が接続された接続箇所と第二の送信配線１１２が接続された接続箇所との間の領域に接続されればよい。
同様に、受信側分離ビア１２６は、受信側共鳴配線１２３上の、第一の受信配線１２１が接続された接続箇所と第二の受信配線１２２が接続された接続箇所との間の領域に接続されればよい。
なお、第一の送信配線１１１は、送信側共鳴配線１１３の送信側スリット１１５部分の一端から送信側共鳴配線１１３の配線長の８分の３の長さに相当する位置に接続されるが、第一の送信配線１１１の接続箇所はこれに限定されない。第二の送信配線１１２、第一の受信配線１２１、及び第二の受信配線１２２についても同様である。
また、第一の送信配線１１１と第二の受信配線１２２とは一直線上に配置されなくてもよい。同様に第二の送信配線１１２及び第一の受信配線１２１とは一直線上に配置されなくてもよい。
なお、送信側共鳴配線１１３と第一の送信配線１１１及び第二の送信配線１１２とは直接接続され、送信側共鳴配線１１３と送信側分離ビア１１６とは直接接続されているが、これらは、伝送される信号の周波数帯域において電気的に接続されていればよい。つまり、容量素子等を介して接続されていてもよい。同様に、受信側共鳴配線１２３と第一の受信配線１２１、第二の受信配線１２２、及び受信側分離ビア１２６とは、伝送される信号の周波数帯域において電気的に接続されていればよい。
なお、送信基板１０１と受信基板１０２とは、上面視した場合に送信側共鳴配線１１３の輪郭と受信側共鳴配線１２３の輪郭とが一致するように重ね合わされるが、輪郭同士は完全に一致しなくてもよい。製造上の共鳴配線の個体差や、製造上の基板の配置ずれ等の範囲であれば、共鳴結合器１０は十分に動作可能である。
なお、送信基板１０１、受信基板１０２、及びカバー基板１０３はサファイア基板であるが、シリコン、半導体及びその他の誘電体材料で形成された基板であってもよい。
なお、送信側コプレーナグラウンド１１４は、第一の送信配線１１１及び第二の送信配線１１２のみに沿って形成されてもよい。また、送信側コプレーナグラウンド１１４は、形成されなくてもよい。同様に、受信側コプレーナグラウンド１２４は、第一の受信配線１２１及び第二の受信配線１２２のみに沿って形成されてもよい。また、受信側コプレーナグラウンド１２４は、形成されなくてもよい。
なお、実施の形態１では、送信基板１０１と受信基板１０２を重ね合わせる構成について説明したが、１枚の基板の上面と下面に送信側の配線と受信側の配線とがそれぞれ形成されてもよい。
また、実施の形態１では、入力端子と出力端子とを区別して説明したが、入力端子と出力端子とは交換可能である。つまり、例えば、出力端子Ｃに入力された信号を、入力端子Ａから出力することも可能である。
なお、実施の形態１では、送信側共鳴配線１１３及び受信側共鳴配線１２３にはそれぞれ２つずつ入出力配線が接続されたが、送信側共鳴配線１１３及び受信側共鳴配線１２３にそれぞれ３以上の入出力配線（入出力配線群）が接続されてもよい。この場合、送信側共鳴配線１１３及び受信側共鳴配線１２３において入出力配線群が接続された接続箇所同士の間に接地部が設けられ、全ての接地部は、グラウンド配線に接続される。
なお、実施の形態１では入力端子Ａ及びＢに入力される信号の基準電位を表すのは、どちらも送信グラウンドであるが、送信グラウンドを入力端子ごとに分離した構成も可能である。
図９は、このような場合の送信基板７０１の上面図である。
図９では、送信側共鳴配線７１３、第一の送信配線７１１、及び第二の送信配線７１２の周辺には送信グラウンドである送信側コプレーナグラウンドが形成されている。分離領域７１７において金属導体が設けられていないため、送信側コプレーナグラウンドは２つに分離されている。つまり、送信グラウンドを入力端子Ａに対応する送信側コプレーナグラウンド７１４Ａと入力端子Ｂに対応する送信側コプレーナグラウンド７１４Ｂの２つに分離させている。
なお、２つに分離された送信側コプレーナグラウンド７１４Ａ及び７１４Ｂは、送信基板７０１の裏面に設けられた裏面グラウンドには接続されない。また、送信基板７０１の分離領域７１７以外の構成（送信側スリット７１５、送信側分離ビア７１６等）は、図５に示される送信基板１０１と同様である。
なお、図示しないが、受信基板７０２の受信側コプレーナグラウンドについてもグラウンド分離領域を設けることで、受信グラウンドを分離する構成が可能である。
（実施の形態２）
実施の形態１では送信側分離ビア１１６と受信側分離ビア１２６を用いて、１つの共鳴結合器で２経路の非接触信号伝送を実現したが、共鳴結合器１０は、ビアを用いない構成であってもよい。例えば、送信側及び受信側共鳴配線を配線によりコプレーナグラウンドに接続するような構成であってもよい。
図１０は、共鳴配線を配線によりコプレーナグラウンドに接続した共鳴結合器２０の斜視図である。また、図１１は、このような共鳴結合器２０の送信基板８０１の上面図である。
なお、受信基板８０２の構造は、送信基板８０１の構造と同様であるため、受信基板８０２の図面は省略する。また、以下の実施の形態２における説明において、特に説明のない構成要素、構成、動作等の詳細は、実施の形態１と同様であるものとする。
実施の形態２に係る共鳴結合器２０は、送信基板８０１と、送信基板８０１の上部に設けられた受信基板８０２と、受信基板８０２の上部に設けられたカバー基板８０３とで構成される。
送信基板８０１の上面には、金属配線である第一の送信配線８１１、第二の送信配線８１２、送信側スリット８１５によって開放された円形の送信側共鳴配線８１３が形成される。また、第一の送信配線８１１、第二の送信配線８１２、及び送信側共鳴配線８１３の周りには、金属導体である送信側コプレーナグラウンド８１４が形成される。送信基板８０１の下面には裏面グラウンド８０４が形成される。
受信基板８０２は、送信基板８０１と重ね合わされる。受信基板８０２上面には金属配線である第一の受信配線８２１、第二の受信配線８２２、受信側スリット８２５により開放された円形の受信側共鳴配線８２３が形成される。また、第一の受信配線８２１、第二の受信配線８２２、及び受信側共鳴配線８２３の周りには、金属導体である受信側コプレーナグラウンド８２４が形成される。
カバー基板８０３は受信基板８０２と重ね合わされる。また、カバー基板８０３の上面には、金属導体であるカバーグラウンド８０５が設置される。
送信側分離配線８１８の一端は、送信側共鳴配線８１３の一端から送信側共鳴配線８１３の配線長の２分の１の長さに相当する位置に接続される。送信側分離配線８１８の他端は、送信側コプレーナグラウンド８１４に接続される。送信側コプレーナグラウンド８１４は、送信基板８０１に入力される信号の基準電位を表す送信グラウンドである。
受信側分離配線８１９の一端は、受信側共鳴配線８２３の一端から受信側共鳴配線８２３の配線長の２分の１の長さに相当する位置に接続される。受信側分離配線８１９の他端は、受信側コプレーナグラウンド８２４に接続される。受信側コプレーナグラウンド８２４は、受信基板８０２に入力される信号の基準電位を表す受信グラウンドである。
送信側分離配線８１８及び受信側分離配線８１９の材料は、例えば、金であるが、その他の金属材料であってもよい。送信側分離配線８１８及び受信側分離配線８１９の配線幅は、例えば、０．１ｍｍである。
これにより、実施の形態１の図７及び図８で示されるような伝送特性が得られるため、１つの共鳴結合器で２経路の非接触信号伝送を実現できる。つまり、共鳴結合器２０を用いて非接触信号伝送装置の小型化、高集積化が可能である。
なお、実施の形態２では、カバーグラウンド８０５及び裏面グラウンド８０４は形成されなくてもよい。上述のように、送信側コプレーナグラウンド８１４が、送信基板８０１に入力される信号の基準電位をあらわす送信グラウンドとなり、受信側コプレーナグラウンドが受信グラウンドとなるからである。したがって、この場合、カバー基板８０３を用いない構成も可能である。
また、上記のようにカバーグラウンド８０５及び裏面グラウンド８０４が形成されない場合、第一の送信配線８１１、第二の送信配線８１２、第一の受信配線８２１、及び第二の受信配線８２２はコプレーナ配線構造となる。
以上のように、同一平面において配線により共鳴配線を接地することで、ビアを形成する必要がないため、共鳴結合器１０の製造プロセスを簡略化することができる。また、カバー基板を用いない構成も可能であるため、共鳴結合器２０の基板の厚み方向の小型化が可能である。
（実施の形態３）
実施の形態１では送信側分離ビア１１６と送信側共鳴配線１１３とは直接接続され、受信側分離ビア１２６と受信側共鳴配線１２３とは直接接続されるが、受信側及び送信側共鳴配線は、配線を介して分離ビアと接続されてもよい。
図１２は、このような場合の送信基板１００１を表す上面図である。なお、以下の実施の形態３における説明において、特に説明のない構成要素、構成、動作等の詳細は、実施の形態１と同様であるものとする。
送信基板１００１の上面には、送信側共鳴配線１０１３と、第一の送信配線１０１１及び第二の送信配線１０１２とが形成される。送信側共鳴配線１０１３と、第一の送信配線１０１１及び第二の送信配線１０１２とは、それぞれ接続され、第一の送信配線１０１１、第二の送信配線１０１２、及び送信側共鳴配線１０１３の周辺に沿って、送信側コプレーナグラウンド１０１４が形成されている。
送信側共鳴配線１０１３は、送信側スリット１０１５によって開放された円形の配線であり、接続配線１０１８を介して送信側分離ビア１０１６に接続される。
送信側分離ビア１０１６は、送信基板１００１の裏面に形成された裏面グラウンドと接続されている。裏面グラウンドは、送信基板１００１に入力される信号の基準電位をあらわす送信グラウンドである。したがって、送信側共鳴配線１０１３は、接続配線１０１８が接続される接続箇所（接地部）で送信グラウンドに接続される。
なお、図中の点線で示されるように、送信基板１００１の上面には受信基板１００２が重ね合わされる。なお、受信基板１００２の構造は、送信基板１００１の構造と同様であるため、受信基板１００２の図面は省略する。
以上のように、実施の形態３のような構成であっても、実施の形態１の図７及び図８で示される伝送特性が得られ、１つの共鳴結合器で２経路の非接触信号伝送を実現できる。つまり、共鳴結合器を用いて非接触信号伝送装置の小型化、高集積化が可能である。
また、接続配線１０１８の配線長を変更することによって、共鳴結合器の伝送特性を微調整することも可能である。
（実施の形態４）
実施の形態１〜３では、送信側共鳴配線１１３及び受信側共鳴配線１２３の形状は、直径１ｍｍの円形状としたが、共鳴配線の形状は、矩形または、その他の形状であってもよい。
図１３は、実施の形態４に係る共鳴配線を用いた共鳴結合器４０の模式図である。図１３に示されるような５箇所以上の曲がり部を有する形状の共鳴配線であっても、送信基板１１０１と受信基板１１０２とが図３のように重ね合わされることで、共鳴結合器４０は、実施の形態１と同様に動作する。
図１４は、実施の形態４に係る送信基板１１０１の上面図である。
送信側共鳴配線１１１３は、計１２ヶ所の曲がり部を有する周回形状である。送信側共鳴配線１１１３の一部は、送信側スリット１１１５によって開放されている。送信側共鳴配線１１１３の配線幅は、例えば、０．１ｍｍである。
第一の送信配線１１１１の一端は、送信側共鳴配線１１１３の送信側スリット１１１５部分の一端から送信側共鳴配線１１１３の配線長の８分の３の長さに相当する位置に接続される。また、第二の送信配線１１１２の一端は、送信側共鳴配線１１１３の送信側スリット１１１５部分の上記一端から送信側共鳴配線１１１３の配線長の８分の５の長さに相当する位置に接続される。
第一の送信配線１１１１の送信側共鳴配線１１１３と接続されていない他端は入力端子Ａ´であって、第二の送信配線１１１２の送信側共鳴配線１１１３と接続されていない他端は入力端子Ｂ´である。第一の送信配線１１１１及び第二の送信配線１１１２の配線幅は、例えば、０．１ｍｍである。
送信側コプレーナグラウンド１１１４は、第一の送信配線１１１１、第二の送信配線１１１２、及び送信側共鳴配線１１１３の周辺に沿って、形成される。
送信側分離配線１１１８の一端は、送信側共鳴配線１１１３の一端から送信側共鳴配線１１１３の配線長の２分の１の長さに相当する位置に接続される。送信側分離配線１１１８の他端は、送信側コプレーナグラウンド１１１４に接続される。送信側コプレーナグラウンド１１１４は、送信基板１１０１に入力される信号の基準電位をあらわす送信グラウンドである。
また、図中の点線で示されるように、送信基板１１０１の上面には受信基板１１０２が重ね合わされる。なお、図示されないが、送信基板１１０１の下面には、裏面グラウンドが形成されている。
図１５は、実施の形態４に係る受信基板１１０２の上面図である。
受信側共鳴配線１１２３は、送信側共鳴配線１１１３と同一形状である。
第一の受信配線１１２１の一端は、受信側共鳴配線１１２３の受信側スリット１１２５部分の一端から受信側共鳴配線１１２３の配線長の８分の３の長さに相当する位置に接続される。また、第二の受信配線１１２２の一端は、受信側共鳴配線１１２３の受信側スリット１１２５部分の上記一端から受信側共鳴配線１１２３の配線長の８分の５の長さに相当する位置に接続される。
第一の受信配線１１２１の受信側共鳴配線１１２３と接続されていない他端は出力端子Ｃ´であって、第二の受信配線１１２２の受信側共鳴配線１１２３と接続されていない他端は出力端子Ｄ´である。第一の受信配線１１２１及び第二の受信配線１１２２の配線幅は、例えば、０．１ｍｍである。
受信側コプレーナグラウンド１１２４は、第一の受信配線１１２１、第二の受信配線１１２２、及び受信側共鳴配線１１２３の周辺に沿って、形成される。
受信側分離配線１１２８の一端は、受信側共鳴配線１１２３の一端から受信側共鳴配線１１２３の配線長の２分の１の長さに相当する位置に接続される。受信側分離配線１１２８の他端は、受信側コプレーナグラウンド１１２４に接続される。受信側コプレーナグラウンド１１２４は、受信基板１１０２に入力される信号の基準電位をあらわす受信グラウンドである。
また、図中の点線で示されるように、受信基板１１０２の上面にはカバー基板１１０３が重ね合わされる。なお、図示されないが、カバー基板１１０３の上面には、カバーグラウンドが形成されている。
図１３に示されるように送信基板１１０１と受信基板１１０２とは、上面視した場合に送信側共鳴配線１１１３の輪郭と受信側共鳴配線１１２３の輪郭とが一致するように重ね合わされる。また、このとき、送信側共鳴配線１１１３と受信側共鳴配線１１２３とは点対称の関係となるように重ね合わされる。
実施の形態４に係る共鳴結合器４０は実施の形態１に係る共鳴結合器１０と同等の伝送特性を有する。つまり、実施の形態４に係る共鳴結合器１０の伝送特性は、図７及び図８において、入力端子Ａ及びＢを入力端子Ａ´及びＢ´と置き換え、出力端子Ｃ及びＤを出力端子Ｃ´及びＤ´と置き換えた伝送特性である。
共鳴結合器１０の共鳴配線と、共鳴結合器４０の共鳴配線の配線長が同じであれば、共鳴結合器４０のほうが基板内で共鳴配線の占める面積を小さくできる。なぜなら、共鳴結合器４０の共鳴配線は曲がり部を複数有するためである。したがって、共鳴結合器４０は共鳴結合器１０よりもさらに小型化することが可能である。
なお、送信基板１１０１では、送信側共鳴配線１１１３は、送信側分離配線１１１８により送信側コプレーナグラウンド１１１４に接続されるが、送信側共鳴配線１１１３は、ビアによって裏面グラウンドと接続されてもよい。
図１６は、実施の形態４に係る送信側共鳴配線をビアを用いてグラウンドに接続する送信基板の変形例を示す図である。
送信側分離ビア１１１６は、送信側共鳴配線１１１３の一端から送信側共鳴配線１１１３の配線長の２分の１の長さに相当する位置（接地部）に接続される。送信側分離ビア１１１６は、周回形状の送信側共鳴配線１１１３の外側に設けられる。
なお、図示しないが受信基板１１０２についても、送信基板１１０１と同様の構成とすることが可能である。つまり、受信基板１１０２の受信側共鳴配線１１２３は、ビアによってカバーグラウンドと接続されてもよい。
なお、図示しないが実施の形態３のように共鳴配線が配線を介してビアと接続される構成であってもよい。
なお、以上実施の形態４において、送信基板１１０１の上面に重ね合わされる受信基板１１０２の受信側共鳴配線１１２３の形状は、送信側共鳴配線１１１３の形状と同一であると説明したが、完全に同一でなくてもよい。
例えば、同一の送信基板１１０１に対し、重ね合わされる受信基板１１０２の受信側共鳴配線１１２３の形状（仕様）を多少変更することで、伝送される信号の周波数の帯域を調整する（図７及び図８で示される伝送特性を変更する）ことが可能である。
具体的には、図１５に示される受信側共鳴配線１１２３の接地部と受信側スリットとの間隔である長さＬ１と、図中に示される長さＬ２とを、送信側共鳴配線１１１３の対応するそれぞれの長さと異なる長さにする。これにより、伝送される信号の周波数の帯域を調整することが可能である。この場合、送信側共鳴配線１１１３の形状と受信側共鳴配線１１２３の形状とは多少異なるが、共鳴結合器としての動作については全く問題ないことが確認できている。
以上、実施の形態４のように、曲がり部を複数備える矩形の周回形状の共鳴配線を用いることで、基板内で共鳴配線の占める面積を小さくすることが可能である。つまり、実施の形態４に係る共鳴結合器４０を用いることで、さらなる非接触伝送装置の小型化、高集積化が可能である。
以上、本発明の一態様に係る共鳴結合器について、実施の形態１〜４に基づいて説明した。本発明の一態様に係る共鳴結合器によれば、１つの共鳴結合器で２つの高周波信号を分離して非接触伝送することができる。したがって、共鳴結合器を複数用いた非接触伝送装置において、共鳴結合器の数を減らすことで装置の小型化、高集積化が実現される。
なお、本発明は、これらの実施の形態またはその変形例に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態またはその変形例に施したもの、あるいは異なる実施の形態またはその変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
本発明の共鳴結合器は、１つの共鳴結合器で２つの信号を分離して伝送することができ、インバータシステムやマトリックスコンバータシステムなどのゲート駆動に用いる非接触伝送装置等として有用である。
１０、２０、４０ 共鳴結合器
１０１、７０１、８０１、１００１、１１０１ 送信基板
１０２、７０２、８０２、１００２、１１０２ 受信基板
１０３、８０３、１１０３ カバー基板
１０４、８０４ 裏面グラウンド
１０５、８０５ カバーグラウンド
１０６、１０７ グラウンドビア
１１１、７１１、８１１、１０１１、１１１１ 第一の送信配線
１１２、７１２、８１２、１０１２、１１１２ 第二の送信配線
１１３、７１３、８１３、１０１３、１１１３ 送信側共鳴配線
１１４、７１４Ａ、７１４Ｂ、８１４、１０１４、１１１４ 送信側コプレーナグラウンド
１１５、７１５、８１５、１０１５、１１１５ 送信側スリット
１１６、７１６、１０１６、１１１６ 送信側分離ビア
１２１、８２１、１１２１ 第一の受信配線
１２２、８２２、１１２２ 第二の受信配線
１２３、８２３、１１２３ 受信側共鳴配線
１２４、８２４、１１２４ 受信側コプレーナグラウンド
１２５、８２５、１１２５ 受信側スリット
１２６ 受信側分離ビア
７１７ 分離領域
８１８、１１１８ 送信側分離配線
８１９、１１２８ 受信側分離配線
１０１８ 接続配線

Claims (13)

  1. 第一の伝送線路と第二の伝送線路との間において高周波信号を非接触で伝送する共鳴結合器であって、
    配線の一部が第一の開放部によって開放された周回形状の配線である第一の共鳴配線と、前記第一の共鳴配線に接続された第一の入出力配線及び第二の入出力配線とを第一の平面上に備える前記第一の伝送線路と、
    前記第一の共鳴配線と同一の配線幅及び同一の形状の配線であり、配線の一部が第二の開放部によって開放された周回形状の配線である第二の共鳴配線と、前記第二の共鳴配線に接続された第三の入出力配線及び第四の入出力配線とを前記第一の平面に対向する第二の平面上に備える前記第二の伝送線路とを備え、
    前記第一の共鳴配線上の第一の接地部は、前記第一の伝送線路内での前記高周波信号の基準電位を表す第一のグラウンド配線に接続され、
    前記第一の接地部は、前記第一の入出力配線が接続された接続箇所と前記第二の入出力配線が接続された接続箇所との間に位置し、
    前記第二の共鳴配線上の第二の接地部は、前記第二の伝送線路内での前記高周波信号の基準電位を表す第二のグラウンド配線に接続され、
    前記第二の接地部は、前記第三の入出力配線が接続された接続箇所と前記第四の入出力配線が接続された接続箇所との間に位置し、
    前記第一の伝送線路と前記第二の伝送線路とは、前記第一の平面に垂直な方向から見た場合に、前記第一の共鳴配線の輪郭と前記第二の共鳴配線の輪郭とが一致し、なおかつ前記第一の共鳴配線と前記第二の共鳴配線とが点対称の関係となるように対向して設けられ、
    前記第一の入出力配線と前記第二の入出力配線とは、前記第一の共鳴配線の前記第一の開放部によって形成される端部から離れた位置において、前記第一の共鳴配線と接続され、
    前記第三の入出力配線と前記第四の入出力配線とは、前記第二の共鳴配線の前記第二の開放部によって形成される端部から離れた位置において、前記第二の共鳴配線と接続される
    共鳴結合器。
  2. 前記第一の伝送線路は、第一の基板の一方の面に設けられ、
    前記第二の伝送線路は、第二の基板の一方の面に設けられる
    請求項１に記載の共鳴結合器。
  3. 前記第一のグラウンド配線は、前記第一の基板の他方の面、または前記第一の基板に対向して設けられる基板に設けられ、
    前記第一の接地部は、第一のビアホールによって前記第一のグラウンド配線と接続され、
    前記第二のグラウンド配線は、前記第二の基板の他方の面、または前記第二の基板に対向して設けられる基板に設けられ、
    前記第二の接地部は、第二のビアホールによって前記第二のグラウンド配線と接続される
    請求項２に記載の共鳴結合器。
  4. 前記第一の接地部は、配線を介して前記第一のビアホールと接続され、
    前記第二の接地部は、配線を介して前記第二のビアホールと接続される
    請求項３に記載の共鳴結合器。
  5. 前記第一のビアホールは、前記第一の共鳴配線の前記周回形状の内側に設けられ、
    前記第二のビアホールは、前記第二の共鳴配線の前記周回形状の内側に設けられる
    請求項３に記載の共鳴結合器。
  6. 前記第一のグラウンド配線は、前記第一の基板の一方の面であって、前記第一の共鳴配線、前記第一の入出力配線、及び前記第二の入出力配線の周辺に設けられ、
    前記第二のグラウンド配線は、前記第二の基板の一方の面であって、前記第二の共鳴配線、前記第三の入出力配線、及び前記第四の入出力配線の周辺に設けられる
    請求項２に記載の共鳴結合器。
  7. 前記第一の入出力配線は、前記第一の共鳴配線の一端から前記第一の共鳴配線の配線長の８分の３の長さに相当する位置に接続され、
    前記第二の入出力配線は、前記第一の共鳴配線の一端から前記第一の共鳴配線の配線長の８分の５の長さに相当する位置に接続され、
    前記第三の入出力配線は、前記第二の共鳴配線の一端から前記第二の共鳴配線の配線長の８分の３の長さに相当する位置に接続され、
    前記第四の入出力配線は、前記第二の共鳴配線の一端から前記第二の共鳴配線の配線長の８分の５の長さに相当する位置に接続される
    請求項１に記載の共鳴結合器。
  8. 前記第一の接地部は、前記第一の共鳴配線の一端から前記第一の共鳴配線の配線長の２分の１の長さに相当する位置に設けられ、
    前記第二の接地部は、前記第二の共鳴配線の一端から前記第二の共鳴配線の配線長の２分の１の長さに相当する位置に設けられる
    請求項１に記載の共鳴結合器。
  9. 前記第一の伝送線路と前記第二の伝送線路とは、前記第一の共鳴配線と前記第二の共鳴配線との前記第一の平面に垂直な方向における距離が前記高周波信号の波長の２分の１以下になるように対向して設けられる
    請求項１に記載の共鳴結合器。
  10. 前記周回形状の輪郭は、円形状である
    請求項１に記載の共鳴結合器。
  11. 前記周回形状の輪郭は、矩形である
    請求項１に記載の共鳴結合器。
  12. 前記周回形状は、少なくとも５箇所以上の曲がり部を有する形状である
    請求項１に記載の共鳴結合器。
  13. 前記第一の共鳴配線と前記第一の入出力配線との接続位置、または、前記第一の共鳴配線と前記第二の入出力配線との接続位置のいずれかは、前記第一の共鳴配線の前記第一の開放部によって形成される端部よりも、前記第一の接地部に近い位置にあり、
    前記第二の共鳴配線と前記第四の入出力配線との接続位置、または、前記第二の共鳴配線と前記第四の入出力配線との接続位置のいずれかは、前記第二の共鳴配線の前記第二の開放部によって形成される端部よりも、前記第二の接地部に近い位置にある
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の共鳴結合器。
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